用于控制工程机械内的液压缸的方法

摘要

本发明涉及一种用于控制工程机械内的液压缸(108)的方法，该液压缸布置为相对于车辆的一部分移动工具，其中液压缸由液压机器(204)控制。方法包括如下步骤：检测使液压缸的活塞(218)在第一方向上移动的工具移动的开始；在发生工具移动前在第一旋转方向上驱动液压机器(204)，使得来自液压机器(204)的管线被加压，该管线布置为将液压机器(204)连接到缸的一侧，在工具移动期间活塞(218)将向该侧移动。

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制工程机械内的至少一个液压缸的方法，该液压缸布置为使工具相对于车辆的一部分移动，其中液压缸通过液压机器控制。

背景技术

本发明将在下文中结合具有轮式装载机形式的工程机械描述。这是优选的而决不限制本发明的应用。本发明也可以用于其他类型的工程机械(或工程车辆)，例如挖掘装载机(伸缩式挖掘装载机)和挖掘机。

本发明例如涉及为操作工具而对缸的提升和/或倾斜的控制。

更确切地，本发明涉及控制系统，该控制系统包括用作泵和马达的液压机器。液压机器以驱动方式连接到电机，该电机用作马达和发电机。

液压机器因此在第一运行状态中用作泵且将加压的液压流体供给到液压缸。液压机器在第二运行状态中也用作液压马达，且通过来自液压缸的液压流体流来驱动。因此，在第一运行状态中电机用作电动马达且在第二运行状态中用作发电机。

第一运行状态对应于工作状态，例如以液压缸执行的提升或倾斜。液压流体因此引导向液压缸以移动缸的活塞。另一方面，第二运行状态是能量回收状态。

发明内容

本发明的目的是实现用于控制液压缸的方法，优选地用于提升功能和/或倾斜功能，这提供了平滑的运行且意味着驾驶员受到更小的震动和冲击。

此任务以根据权利要求1的方法实现。因此，这以包括如下步骤的方法实现：检测使活塞在液压缸内在第一方向上移动的工具移动的开始；在发生工具移动前在第一旋转方向上驱动液压机器，使得来自液压机器的管线被加压，该管线布置为将液压机器连接到缸的一侧，在工具移动期间活塞将向该侧移动。

优选地直接通过来自车辆操作者的输入(例如移动操作杆)来检测移动的开始。

该方法主要可应用于载荷的降低移动以避免震动，但该方法也可以被用于在工程机械上对载荷的提升移动，和替代地用于工具的倾斜移动。

本发明的进一步的优选实施例和优点从其他的从属权利要求和如下的描述中给出。

附图说明

将参考在附图中示出的实施例更详细地在下文中描述本发明，各图为：

图1示出了轮式装载机的侧视图；

图2示出了用于控制轮式装载机的工作功能的控制系统的优选实施例；

图3示出了根据第一例子的用于降低工具的流程图；和

图4示出了用于控制轮式装载机的功能的控制系统。

具体实施方式

图1示出了轮式装载机101的侧视图。轮式装载机101包括前部车辆部分102和后部车辆部分103，这两个部分每个包括框架和一对传动轴112、113。后部车辆部分103包括驾驶舱114。车辆部分102、103相互联接在一起，其方式使得它们可以相互绕竖直轴线通过两个连接到所述的两个部分的液压缸104、105枢转。液压缸104、105因此布置在车辆的纵向方向上的中心线的不同侧上，以用于转向或使轮式挖掘机101转动。

轮式装载机101包括用于处理物体或材料的设备111。设备111包括提升臂单元106和具有铲斗形式的安装在提升臂单元上的工具107。在此处铲斗107装满了材料116。提升臂单元106的第一端可旋转地连接到前部车辆部分102以产生铲斗的提升移动。铲斗107可旋转地联接到提升臂单元106的第二端以产生铲斗的倾斜移动。

可以通过两个液压缸108、109将提升臂单元106相对于车辆的前部部分102升起和降低，液压缸108、109每个在一端处联接到前部车辆部分102，且在另一端处联接到提升臂单元106。铲斗107可以通过第三液压缸110相对于提升臂单元106倾斜，第三液压缸110通过连杆臂系统在一端处联接到前部车辆部分102且在另一端处联接到铲斗107。

用于轮式装载机101的液压功能的控制系统的实施例将在下文中更详细地给出。此实施例涉及通过提升缸108、109来提升和降低提升臂106，见图1。然而，控制系统的此实施例也可以用于通过倾斜缸110来倾斜铲斗107。

图2示出了用于进行提升臂106(见图1)的提升和降低的控制系统201的实施例。图2中的液压缸108因此对应于提升缸108、109(但在图2中仅示出了一个缸)。

控制系统201包括电机202、液压机器204和提升缸108。电机202以机械驱动方式通过中间传动轴206连接到液压机器204。液压机器204通过第一管线210连接到液压缸108的活塞侧208，且通过第二管线214连接到液压缸108的活塞杆侧212。

液压机器204在第一运行状态中适合于用作泵，该泵由电机202驱动并为液压缸108供给来自箱216的加压的液压流体，且在第二运行状态中适合于用作马达，该马达由来自液压缸108的液压流体驱动且驱动了电机202。

液压机器204在第一运行状态中适合于控制液压缸108的活塞218的速度。因此，在液压机器和液压缸之间不要求控制阀来用于所述控制。更确切地，控制系统201包括控制单元402，见图4，该控制单元电连接到电机202，以在第一运行状态中通过控制电机来控制液压缸108的活塞的速度。

液压机器204具有经由第一管线210连接到液压缸的活塞测208的第一口220，和经由第二管线214连接到液压缸的活塞杆侧212的第二口222。此外，液压机器204的第二口222连接到箱216，以在第一运行状态中允许液压机器从箱216通过第二口222抽油，且通过第一口220将油供给到液压缸108。

在一定的情况中，例如当希望下压或平整材料时，需要以比在仅载荷驱动活塞218的移动时更大的力来降低铲斗107。这样的强化降低通常称为“动力下降”。此动力下降功能也可以用于提升车辆。控制系统201包括用于控制压力的装置224，所述的压力装置224布置在液压机器204的第二口222和箱216之间，以允许在活塞杆侧212上建立压力。更确切地，压力控制装置224包括电控压力限制阀。

控制系统201也包括用于感测液压缸108的活塞侧208上的压力的传感器228。当在活塞侧上检测到低压值时，到箱的管线226通过限压阀224阻断，这导致到活塞杆侧的管线214内的压力升高，且获得了所述的强化下降移动(动力下降)。在降低期间，压力传感器记录了在活塞侧上压力低于某水平(例如20巴)。在电控限压器上的压力水平然后增加到合适的水平，使得在活塞杆侧上发生压力的建立(build-up)。

液压机器204的第一口220通过第一抽吸管线230连接到箱216。具有单向阀形式的装置232适于允许从箱抽吸液压流体且阻塞液压流体通过抽吸管线230到箱的流动。

液压机器204的第二口222通过第二抽吸管线234连接到箱216。具有单向阀形式的装置236适合于允许从箱抽吸液压流体，且阻塞了液压流体通过抽吸管线234到箱的流动。

用于打开/关闭的装置237在液压机器204的第二口222和液压缸108的活塞杆端212之间布置在第二管线214上。此装置237包括带有两个位置的电控阀。在第一位置中，管线214打开以在两个方向上流动。在第二位置中，阀具有单向阀的功能且仅在向着液压缸108的方向上允许流动。在提升移动期间，电动阀237打开且电机202的转速确定了液压缸108的活塞218的速度。液压流体从箱216通过第二抽吸管线234抽吸且通过第一管线210泵送到液压缸108的活塞侧208。

另外的管线242将液压机器204的第二口222和箱216连接。

用于打开/关闭的装置243在第一管线210上布置在液压机器204的第一口220和液压缸108的活塞端208之间。此装置243包括带有两个位置的电控阀。在第一位置中，管线210被打开用于在两个方向上流动。在第二位置中，阀具有单向阀功能且仅允许在向着液压缸108的方向上流动。

根据优选的实施例，为降低工具，首先检测通过提升杆406的移动已开始了降低移动。电动阀243关闭。在发生降低移动前，液压机器204在第一旋转方向上被驱动，使得液压机器和阀243之间的管线210被加压。更特定地，液压机器204在“错误的方向上”旋转通过一定的角度，该角度足以将所述的管线210加压到合适的程度。液压机器旋转通过预先确定的角度，或角度取决于载荷的大小而变化。载荷的大小例如可以通过压力传感器228检测。

然后，活塞侧208上的阀243打开，液压机器204的旋转方向逆转且开始降低移动。电控限压器可能需要被节流到一定的程度，以改进活塞杆侧的再填充。

因此，允许液压机器在与第一旋转方向相反的第二旋转方向上旋转，以此能发生降低移动。因此降低了施加的压力，使得可以开始降低移动。来自液压缸108的液压流体的流动在第二旋转方向上驱动了液压机器204。

另外，加压可以通过首先在“错误的方向上”以一定的转矩驱动电机202而发生，其中转矩的程度基于刚好在此之前的压力传感器228的值。例如，接收到来自电机202的信号，该信号指示了液压机器的转矩。

根据另一个替代，在检测到工具移动的开始之后，阀243保持打开。另外，检测指示了来自液压机器204的管线加压的运行参数。此运行参数优选地指示了活塞在液压缸内的位置。该位置优选地通过位置传感器248检测。将检测到的值(位置)与极限值进行比较，且如果检测到的值超过了极限值则终止加压。极限值对应于当电机在第一旋转方向(“错误的方向上”)上被驱动时活塞在液压缸内的轻微升起。这指示了降低移动可以开始，加压终止且来自液压缸108的液压流体的流动在第二旋转方向上驱动液压机器204。

根据替代实施例，方法用于相对于轮式装载机101的前部部分102升起铲斗107。工作运行可能要求在基面上平整材料。为执行此平整，铲斗可以被降低以实现与地面的接触，然后持续降低移动使得前轮脱开与地面的接触，且将轮式装载机的前部部分102从地面提升。轮式装载机然后可以被向下或向后驱动，以平整基面。在某些情况中，当机器在此位置时，可能希望的是将装载臂略微升起，以获得与前轮的抓握。为此提升运行，活塞杆侧因此以与以上所述的用于降低移动的方式相对应的方式被加压。对于在图2中示出的系统，也可以导致限压阀224关闭，使得在管线214内获得要求的加压。

图3图示了在降低方法中对于逻辑回路的流程图。逻辑回路开始于初始框301。然后，控制单元继续到框303，在此处读取了来自控制杆406的用于提升功能的信号。在下一个框305中，确定是否已开始降低移动。如果降低移动已开始，则液压缸的活塞侧通过由电机驱动液压机器而被加压，见框307。然后，从传感器248再次读取信号，该传感器248检测了活塞杆的位置，见框309。如果检测到活塞杆的一定的向上移动，见框311，则通过电机对液压机器的驱动被终止，见框313，且允许液压机器被来自液压机器的流动驱动，见框315。

例如，活塞杆在提升缸内的位置通过线性传感器检测。根据对检测活塞杆在提升缸内的位置的替代，通过角度传感器检测装载臂的角位置。根据替代或另外的，例如通过倾斜缸内的活塞杆的位置，或通过角度传感器，检测工具的位置。位置参数优选地被重复检测，适当地基本上被连续检测，以此可以确定活塞在液压缸内的方向。

根据对检测提升杆406移动的替代来用于开始方法，可以从另一个控制设备接收输入，例如机载计算机，这可以是无人操作的机器的情况。

如果铲斗107在降低移动中应突然停止(这可能在铲斗撞到地面时发生)，则液压机器204不能及时停止。在此状态中，可能从箱216通过抽吸管线230和通过另外的管线242抽吸液压流体。

电控阀237、243用作载荷保持阀。它们被关闭以使得在驻停(hanging)载荷时不耗电，且也用于在驱动源关闭时防止下落。根据替代，在活塞杆侧212上的阀237被省略。然而，有利的是保留阀237，因为外部力可能将提升臂106提升。

过滤单元238和换热器240在附加管线242上布置在液压机器204的第二口222和箱216之间。在提升功能处于空档位置时，另外的过滤和加热流动可能通过使液压机器204驱动从箱216首先通过第一抽吸管线230且然后通过附加管线242的循环流动而获得。在箱前，液压流体因此通过换热器240和过滤器单元238。

存在通过将电控限压器224加压而同时发生以以上所述的方式到箱的泵送循环而对液压流体的另外加热的另一个可能性。这当然也可能在使用提升功能时发生。

另外，电控限压器224可能用作支持阀(back-up valve)以当执行降低时再填充活塞杆侧212。背压可以按要求变化且可以保持为尽可能低，这节约了能量。油越热则背压可能越低，且降低的速度越慢则背压可以越低。当存在过滤流时，背压可能为零。

第一限压阀245布置在将液压机器204的第一口220连接到箱216的管线上。第二限压阀247布置在将液压缸108的活塞侧208连接到箱216的管线上。两个限压阀245、247在阀243的不同侧上在液压机器204和液压缸108的活塞侧208之间连接到第一管线210。两个限压阀245、247也称为震动阀，它们被弹簧加载且调整为在不同的压力下打开。根据例子，第一限压阀245调整为在270巴的压力下打开，且第二限压阀247调整为在380巴的压力下打开。

当工程机械101向砂砾堆或石堆行驶时和/或当工具被提升/降低/倾斜时，铲斗的移动可能受到障碍的反作用。限压阀245、247则保证压力不增加到损坏系统的水平。

根据第一个例子，铲斗107处于空档位置，换言之，相对于前部车辆部分102的框架静止。当轮式装载机101向石堆行驶时，第二限压阀247在380巴的压力下打开。

在正在进行的下降期间，在第一管线210上在液压机器204和液压缸108的活塞侧208之间的阀243打开。当提升臂106被降低时，第一限压器245在270巴的压力下打开。如果在使用动力下降的降低运行期间外力促使装载臂106向上，则在管线226上在液压机器204的第二口222和箱216之间的限压器224打开。

根据对调整为在预先确定的压力下打开的限压阀245、247的替代，限压阀可以设计为带有可变打开压力。根据变型例，限压阀245、247被电控。如果使用电控，则一个阀247足以用于震动功能。此阀247取决于阀243处于打开还是关闭而被控制。打开压力可以取决于激活的或未激活的提升/降低功能来调整，且也取决于活塞位置。

图4示出了用于降低功能的控制系统。具有提升杆形式的控制元件406布置在驾驶舱114内以用于由驾驶员手动操作，且电连接到控制单元402以控制提升功能。

电机202电连接到控制单元402，其方式使得它被控制单元控制且可以提供运行状态信号到控制单元。

控制系统包括一个或多个连接到所述的电机202的储能装置420。储能装置420例如可以包括电池或超级电容。储能装置420适合于当电机202作为马达运行且驱动其相关的泵204时向电机提供能量。电机202当由其相关的泵204驱动且作为发电机运行时适合于向储能装置420充以能量。

轮式装载机101也包括具有内燃机形式的动力源422以用于驱动车辆，该内燃机通常包括柴油机。柴油机在驾驶模式中通过传动系(未示出)连接到车辆的车轮。柴油机还通过发电机(未示出)连接到储能装置420以用于能量传递。

可以构思替代的机器/单元以适合于生成电力。根据第一替代，使用向电机提供能量的燃料电池。根据第二替代，使用带有用于向电机提供能量的发电机的燃气轮机。

图4也示出了根据控制系统的第一实施例(见图2)连接到控制单元402的其他的部件以用于提升功能，例如电控阀224、237、243，位置传感器248和压力传感器228。将理解的是用于倾斜功能和转向功能和另外的功能的相应的部件连接到控制单元402。

本发明不视作限制于以上所述的实施例，而是在如下的权利要求的范围内可构思多个进一步的变化和修改。